4.1 Условия устойчивого горения сварочной дуги

Источник сварочного тока, как и дуга, также имеет определенную в/а характеристику, т.е. зависимость напряжения на клеммах источника от тока (или нагрузки).

Возможны 3 вида В/А характеристики источника: жесткая (1), возрастающая (2), падающая (3) (см. рис.18).

2

U

1

3

I

Рис. 18.

1

- наиболее распространена. Источник поддерживает напряжение независимо от тока.

Для устойчивого горения дуги необходимо соблюдение условия

U_дуги = U_ист (3)

I _дуги = I _ист

Рассмотрим, как взаимодействуют в/а характеристика дуги и в/а характеристика источника питания на каждой из 3-х зон (см. рис.17)

Многочисленные исследования дуги показали, что существует точка ее устойчивого горения (точка 2) для каждой из 3-х зон дуги.

1Рассмотрим взаимодействие указанных выше характеристик в зоне I, где дуга имеет падающую В/А характеристику (см. график на рис.19).

1

характеристика источника

U

характеристика дуги

2

U ₂

U₁

I

I₂

I₁

Рис. 19.

Т

 U_дуги

 i

 U_ист

 i

очка устойчивого горения дуги (т.2) отличается от т.1 тем, что в ней характеристика источника падает круче, чем характеристика дуги. В дифференцированной форме это выглядит так:(0 (4), где,U_дуги– напряжение дуги,U_ист– напряжение

 i

и

 U_дуги

 i

сточника питания,i – плотность тока. Это условие должно соблюдаться на всех 3-х зонах в/а характеристики дуги.

Взоне, где<0 , устойчивое горение дуги будет выполняться при следующих

 U_ист

 i

 U_ист

 i

 U_дуги

 i

условиях: < 0 и>, т.е. для обеспечения устойчивости

горения дуги при падающей внешней в/а характеристике дуги необходим источник питания с падающей в/а характеристикой, причем, крутизна последней в рабочей точке должна быть круче крутизны в/а характеристики дуги.

Из графика на рис. 19 видно, что в зоне при случайном увеличении напряжения дуги (например, при увеличении длины дуги во время ручной сварки согласно формуле 2) ток изменяется незначительно, что поддерживает устойчивое горение дуги.

2Рассмотрим зону, где дуга имеет жесткую В/А характеристику (см. рис. 20).

Такая дуга применяется при автоматической и механизированной сварке плавящимся электродом (с автоматической подачей присадки).

характеристика дуги

U

характеристика источника

U₁

U₂



I₁ I₂

Рис. 20.

Из графика на рисунке 20 видно, что незначительное случайное уменьшение напряжения (например, из-за уменьшения длины дуги при биении деталей) вызывает значительное увеличение тока, а это в свою очередь, приводит к увеличению скорости плавления, которое влечет за собой увеличение длины дуги и повышение напряжения, т.е. процесс сварки автоматически стабилен.

Э

 U_дуги

 i

 U_ист

 i

то называетсяпринципом саморегулирования дуги,на котором основаны все полуавтоматы и автоматы. Условие устойчивого горения дуги (3) соблюдается:

=0, <0

Таким образом, для дуги с жесткой характеристикой необходим источник с падающей характеристикой, причем, крутизна характеристики значения не имеет.

3

 U_дуги

 i

Теперь рассмотрим последнюю,зону в/а характеристики дуги и ее взаимодействие с характеристикой источника питания. В этой зоне дуга имеет возрастающую характеристику, т.е >0. См. рис. 21. Для устойчивого горения дуги, исходя из условия (3)

 U_ист

 i

 U_ист

 i

необходимоили <0 или ≥0. Эти условия выполнимы при выборе

и

0

сточника питания с пологопадающей или жесткой или возрастающей характеристикой. При последнем источнике питания необходимо, чтобы в рабочей точке характеристика дуги возрастала бы более интенсивно, чем характеристика источника питания, т.е. U_дуги U_ист

ii

(соблюдается условие 4 ).

U

характеристика дуги

характеристика источника



₁ ₂

Рис. 21.

Перечисленные положения могут служить основанием выбора источника питания для конкретной сварки, их необходимо учитывать при проектировании новых источников питания.

Дуга постоянного токаможет быть прямой или обратной полярности.Прямая полярность- минус источника питания подключают к электроду, плюс – к детали.Обратная– минус источника - к детали, плюс – к электроду.

При сварке угольным электродом (и резке) дуга легче возбуждается и устойчиво горит, если ток имеет прямую полярность. Ток обратной полярности применяется при сварке плавящимся электродом, т.к. температура анодного пятна выше, чем катодного, т.е. электрод плавится быстрее, чем деталь, что обеспечивает полное заполнение разделки. Именно поэтому обратная полярность применяется для сварки и неплавящимся электродом тонкостенных деталей или легкоплавких металлов, а также чувствительных к перегреву легированных сталей.

Дуга переменного тока. В ней с определенной частотой меняется напряжение и ток (направление и величина). После прохождения тока через нулевое значение необходимо подать на дугу напряжение зажигания, которое больше нормального, иначе дуга погаснет.